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      城市樹木風損情況的影響因素和設計建議
      發布時間:2020-12-29

        摘    要: 近年城市風災(臺風等)引起的樹木損壞導致的經濟損傷與人員傷亡日漸嚴重,而針對樹木風損的研究難度極大。城市樹木強風環境中的損傷情況與城市區域形態、樹種、種植環境、養護程度相關。通過將ArcGIS廣州城市地圖與2016年~2018年臺風樹木搶險數據疊加分析得到城市樹木受損率高的城市區域和相對較易受損的樹種,基于此歸納了相應城市區域的樹木規劃種植和養護的重點。

        關鍵詞: 城市樹木; 城市形態; ArcGIS城市地圖; 強風損害;

        Abstract: In recent years, the economic damage and human casualties caused by tree damage caused by urban wind disasters(typhoons, etc.) have become more and more serious, and it is extremely difficult to study wind damage to trees. The damage of urban trees in a strong wind environment is related to the urban area morphology, tree species, planting environment and conservation degree. Based on the superposition analysis of ArcGIS Guangzhou city map and typhoon tree rescue data from 2016 to 2018, the urban areas with high tree damage rate and relatively vulnerable tree species are obtained. Based on this, the key points of tree planning, planting and conservation in corresponding urban areas were summarized.

        Keyword: urban trees; urban form; ArcGIS city map; wind damage;

        1 、城市樹木風損情況研究方法

        1.1 、觀測與經驗法

        通過實地觀測記錄城市某區域的樹木形態特征、種類、生長狀態,并在風災后調研記錄樹木具體損傷情況,綜合所有信息得出城市樹木對風災具體響應的影響因素,反向指導樹木的規劃設計與種植管理。傳統研究多應用此類方法,成果可靠性極度依賴研究人員的經驗水平,效率較低。

        1.2、 歸納統計法

        通過對某地區長時間的樹木檢測或災后大范圍大基數的樹木風損調研,并與樹木相關因素進行回歸分析,得出與樹木風損情況具有相關性的因素。對比觀測經驗法更加精確可信,但成本巨大,無法推廣使用。近年來針對風災后城市樹木損壞情況統計分析的調研多使用GIS與遙感[1]等技術(大幅減少資源投入,指數級擴大調研范圍,提高結果可信度)。

        1.3 、力學模型法

        占樹木風損類型主導地位的機械損傷可以通過建立力學模型來預測與提前避免。類似模型包括:Gales模型、H-Wind模型、URI模型等。力學模型法能對城市中每一棵樹木進行唯一性的抗風能力分析,并提供精確的指導意見,缺陷在于依賴模型完善程度與調研獲得的源數據精確度。當我們能為每一棵城市樹木建立數據庫時,真正有效益的風損預測才能實現。
       

      城市樹木風損情況的影響因素和設計建議
       

        1.4 、儀器檢測法

        針對城市樹木抗風能力檢測的儀器主要包括TMS樹木穩定安全性測試儀(直接判定樹木強風倒伏風險),PICUS彈性波樹木斷層檢測儀(檢測樹木主干內部損傷情況),TRU樹木根系雷達檢測系統(檢測樹木根系分布及生長情況)。

        2 、城市樹木風損情況的影響因素研究

        2.1 、城市形態引起風環境差異性因素

        城市形態影響城市風環境,進而影響種植在不同環境中的樹木的風損情況。建筑單體與組合形態直接影響到周圍風場湍流;狹長街道狹管效應引起的局部強風甚至能在日常非風災情況下對樹木造成損傷[2]。將Arc GIS廣州城市地圖與2016-2018年廣州綠化公司臺風樹木搶險數據[3]進行疊加,并將城市形態因素(建筑密度、容積率),城市環境類型與樹木受損情況進行相關性分析(見圖1)。城市樹木受損及搶險最密集的區域為老城區住宅人口高密度區域,但因搶險數據與實際倒伏樹木數據存在較大差異,且各類型城市區域的面積不等,故無法確定與城市樹木風損直接相關的區域。但因樹木倒伏產生的經濟損失與安全問題是最關鍵的,故樹木搶險數據具有很高的分析價值。結論得出:低層多層高密度區、密集-開敞區、高層建筑峽口區、高架橋周邊城市空間是樹木風災受損嚴重區域。

        2.2 、植物因素

        城市樹木自身因素是影響樹木風損情況的重點。針對某類樹木風災后損壞情況研究樹木各指標因素影響抗風能力的重要程度排序,其標準評價流程包括:

        (1)分區調查。

        (2)記錄各種樹木風害受損情況。

        圖1 Arc GIS廣州城市地圖與樹木受損數據疊加結果
      圖1 Arc GIS廣州城市地圖與樹木受損數據疊加結果

        (3)測定形態學相關指標,利用層次分析法(AHP)對所測指標進行量化處理。

        (4)各類指標與風損數據進行相關性分析獲得結果。針對各城市常用園林樹木的抗風能力評級排序,對樹木選種提供指導。

        依據Arc GIS廣州城市地圖與樹木受損數據疊加(見圖2)后發現,受損樹種中小葉榕、綠黃葛樹、羊蹄甲、構樹和麻楝等占比較大。廣州行道樹應用頻率較高的為小葉榕、杧果、綠黃葛樹、海南蒲桃、羊蹄甲和尾葉桉等鄉土樹種。此6種占據一半以上的行道樹總量,故小葉榕、綠黃葛樹和羊蹄甲等樹種受損數量較多與應用數量有關,并不能得出其抗風性差的結論。樹木種類與抗風能力的相關性是復雜且難以量化的。

        2.3、 種植環境因素

        影響城市樹木抗風能力的種植環境因素主要包括:

        (1)樹池尺度,影響根系分布與生長狀態從而影響錨固力。

        (2)土壤類型與含水量,影響根-土界面的質量與抗剪強度從而影響樹木連根側翻的概率。

        (3)建筑與其它人工構筑物,影響樹木樹冠生長與空間分布(偏冠會增加樹木風倒概率)。

        2.4、 養護因素

        人工養護因素主要包括:

        (1)樹冠層修剪疏枝,城市樹木的修建需要平衡夏季遮陰與抵抗強風兩大矛盾的需求,同時也應兼顧視覺景觀的體驗。

        (2)病蟲害,相對最難以量化評估同時也是對樹木抗風能力最致命的影響因素。

        (3)樹木支架安裝,對偏冠大樹、新植小樹、病蟲害樹木均可提供支撐作用,降低連根側翻的概率。

        3、以抗風為目的城市樹木規劃設計建議

        3.1、 針對不同城市環境規劃設計不同類型的綠植

        針對2.1中提到的城市風環境隨不同類型的城市形態而改變,故在城市不同區域選擇種植不同種類的樹木、設計不同類型的植物組團形式、進行不同強度與頻率的人工維護。

        圖2 Arc GIS樹木受損情況樹種分析
      圖2 Arc GIS樹木受損情況樹種分析

        (1)低層多層高密度區,通常為城市老舊城區、城中村區域,在該區域很少存在新植樹木的問題,但對老舊樹木需高強度維護。因空間狹窄,光照不均等環境因素使得樹木傾斜、偏冠,根系不規則生長等不利因素累加,樹木易受風損,須加裝針對偏冠的支架,并進行回縮修剪。

        (2)密集-開敞區域,指一側為高密度高層建筑,一側為開敞環境的區域。由于梯度風闊線“斷層式”差異使得交界區域湍流復雜,樹木極易受到風損。而鑒于該環境下多見綠地與交通道路,故位于綠地中的植物可選擇根系發達的本土樹木,并在設計時利用高低漸進的組團來提升樹木整體抗風能力;而在交通道上的行道樹則盡量避免樹高、冠幅較大的樹木,并加裝樹木支架。

        (3)高層建筑狹口區域,單純由建筑形態引起的局部強風,由于面積較小,可直接減少樹木的種植或在狹口位置規劃廣場等硬質功能區。

        (4)高架橋等交通復雜區域,同樣湍流復雜,在植物規劃上減少使用喬木,多使用灌木、地被以及可依附于高架橋生長的爬藤植物等。

        3.2 、樹木種類選擇

        雖然樹木的抗風能力隨城市環境、生長環境、養護條件等因素的變化而變化,并不存在絕對抗風的樹種,也不存在絕對的樹木抗風能力排序。但在限定其他條件不變的情況下來討論樹木本身的抗風能力還是具備實際意義的。樹木本身的抗風能力由高度、迎風面積、枝葉密度、枝葉柔韌程度、木材力學參數、根系分布及生長狀態等因素共同決定。而上述因素又與日照、土壤、溫濕度、病蟲害等環境因素影響而變得不可確定[4,5]。目前適應某地區的抗風樹種評估與排序的結論僅可用于參考。

        3.3、 種植環境優化

        針對城市樹木的種植環境優化可依據硬質環境樹木與軟質環境樹木分類。對于硬質環境樹木(主要指各級道路的行道樹),擴大樹池面積,為樹木根系提供足夠的生長空間。對于軟質環境樹木注意種植間距,因綠地中樹木不存在根系生長空間限制問題,但可能會因規劃設計過于密集而影響植物生長狀態,間接降低抗風能力。

        3.4、 加強人工養護

        以提高抗風能力為目的城市樹木人工養護工程主要包括:樹冠層修剪,對于生長狀態良好的樹木(枝葉密集度較高)應進行適當的疏枝修剪,提高樹木抗風能力。對于老舊社區及其他城市環境中的偏冠樹木,應盡量進行縮回修剪。樹木支架安裝,針對幼小樹木、偏冠大樹、老齡大樹可采用不同種類的樹木支架,減小樹木強風環境中連根側翻概率。但樹木支架安裝不當(安裝位置位于樹干薄弱處,安裝后長時間不調整致支架嵌入樹干等)可能會大幅提升樹木在強風環境中主干折斷的風險[6]。

        4、 結論與討論

        城市樹木在強風環境中受損情況是一個復雜的綜合性議題,由不同類型的因素共同決定。而因素之間的關鍵程度量化一直是業界追求解決的問題。避開在城市環境中復雜湍流多發的區域(低層多層高密度區、密集-開敞區、高層建筑峽口區、高架橋周邊城市空間)種植高大樹木,并在樹木日常維護,災后搶險資源不足的情況下優先投入在上述城市區域內(尤其是低層多層高密度老城區)。在重要交通道路行道樹選種時多用本土抗風評級高的樹木,注重自然綠地植物高低漸進搭配,盡量擴大樹池尺度,對評估易風損的樹木安裝支架,注重樹木修剪疏枝等措施均可降低城市樹木風損程度。

        參考文獻

        [1]李淵,嚴澤幸,王德.基于無人機遙感的“莫蘭蒂”臺風前后植被變化分析:以鼓浪嶼為例[J].風景園林,2019,26(3):110-115.
        [2]梁顥嚴,李曉暉,肖榮波.城市通風廊道規劃與控制方法研究—以《廣州市白云新城北部延伸區控制性詳細規劃》為例[J].風景園林,2014(5):92-96.
        [3]黃頌誼,陳崢,周圓.珠海市“天鴿”“帕卡”臺風災后行道樹倒伏及復壯調研[J].廣東園林,2017,39(6):91-95.
        [4]祖若川,羅立娜,劉晶,李茂富,李紹鵬,張楊.濱海公園棕櫚類植物抗風性調查與評價分析[J].北方園藝,2016(5):89-94.
        [5]楊莉莉.浙江省沿海城市行道樹抗風能力調查研究[D].杭州:浙江大學,2006.
        [6] 章錦瑜.臺風對臺中喬木破壞之調查[J].東海學報,2000(41):149-160.

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